張小金

（福建省福安市供電有限公司，福建 福安355000）

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和廣泛應用，從小功率的家用電器到大功率的變流裝置的廣泛應用，供電系統(tǒng)中增加了大量的非線性負載，引起了電網(wǎng)內(nèi)高次諧波顯著增加，如果供電系統(tǒng)長期處于這種運行狀況，將導致變壓器過熱、能量損耗增加、功率因素降低、造成電能和設備利用率不足，繼而出現(xiàn)過流、過壓、過熱，絕緣老化等現(xiàn)象，使整個電網(wǎng)處于一個不安全的運行狀態(tài)。

但在我們?nèi)粘＝ㄔO的工程中，改善電網(wǎng)質(zhì)量的方式采用較多的是進行無功功率電容集中補償，很少注意到諧波對用電設備和電網(wǎng)帶來的危害，大量諧波頻率的產(chǎn)生很大地影響了電器設備的使用及電網(wǎng)的質(zhì)量，嚴重時還可能危及到電網(wǎng)中的其他各類電氣設備的損毀及破壞電網(wǎng)的正常使用。 在此，我們主要探討諧波產(chǎn)生的原因及其危害分析，并提出抑制供電系統(tǒng)中諧波的對策。

1 諧波定義

供電系統(tǒng)諧波的定義是：對周期性非正弦電量進行傅立葉級數(shù)分解,除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量,還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量,這部分電量稱為諧波。諧波頻率 與基波頻率的比值(n=fn/f1)稱為諧波次數(shù)。 電網(wǎng)中有時也存在非整數(shù)倍諧波,稱為非諧波(Non-harmonics)或分數(shù)諧波。諧波實際上是一種干擾量,使電網(wǎng)受到一定程度的“污染”,其諧 波次數(shù)范圍一般為2≤n≤40。

2 電力諧波的特征

在理想的電力系統(tǒng)中，三相交流發(fā)電機發(fā)出的電壓波形基本是正弦波形。 即在只含線性元件(電阻、電感及電容)的簡單電路里,電流與電壓成正比,流過的電流是正弦波。 而在實際的供電系統(tǒng)中,由于有非線性負荷的存在,當電流流過與所加電壓不呈線性關(guān)系的負荷時,就形成非正弦電流,其負荷圖形(電流或電壓波形)幾乎全是非對稱的、磁滯形的以及轉(zhuǎn)折形的, 并且斜率也是隨負荷而變的,任何周期性波形均可分解為一個基頻正弦加上許多諧波頻率的正弦。 諧波頻率是基頻的整倍數(shù), 例如基頻為50Hz，2 次諧波為100Hz，3 次諧波則為150Hz。 畸變的電流波形可能有2 次諧波、3 次諧波……可能直到第30 次諧波組成。 諧波電流的量取決于諧波源設備本身的特性及其工作狀況,而與電網(wǎng)參數(shù)無關(guān),故可視為恒流源。各種晶閘管電路產(chǎn)生的諧波次數(shù)與其電路形式有關(guān),稱為該電路的特征諧波。 除特征諧波外,在三相電壓不平衡,觸發(fā)脈沖不對稱或非穩(wěn)定工作狀態(tài)下, 各種晶閘管電路還會產(chǎn)生非特征諧波。進行諧波分析和計算最有意義的是特征諧波,如5、7、11、13 次等。

3 國內(nèi)外研究狀況和進展

3.1 國外研究現(xiàn)狀

國外對電力諧波問題的研究大約開始于20 世紀五六十年代，當時的研究主要是針對高壓直流輸電技術(shù)中變流器引起的電力系統(tǒng)諧波問題。20 世紀七八十年代隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在工業(yè)、交通及家庭中的廣泛應用，諧波問題日趨嚴重，從而引起各國的高度重視。 近幾十年間電力諧波的研究，滲透到了數(shù)字信號處理、計算技術(shù)、系統(tǒng)仿真、電工理論、控制理論與控制技術(shù)、電網(wǎng)絡理論、電力電子學等其它學術(shù)領(lǐng)域，已經(jīng)越過了電力系統(tǒng)的范疇，并且形成了自己特有的理論體系、分析研究方法、控制與治理技術(shù)、監(jiān)測方法與技術(shù)、限制標準與管理制度等。 目前，諧波研究仍是一個非?；钴S的領(lǐng)域。 抑制諧波可以從治理諧波源本身入手，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)為l，單位功率因數(shù)變流器就是可以實現(xiàn)這種功能的電力電子裝置。 但由于諧波源的多樣性，在電網(wǎng)中一般還是加裝濾波器的方法來抑制高次諧波，這些裝置一般可分類為無源濾波器和有源濾波器兩種。

3.1.1 無源濾波裝置

在電力系統(tǒng)中，裝設無源電力濾波器(PF-Passive Filter)-直是傳統(tǒng)補償諧波的主要手段，其突出的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠性高、運行費用低舊。 但是設計出濾波性能理想的無源濾波器也不是一件簡單的事。 無源濾波器的濾波原理是使負載諧波電流在電網(wǎng)支路和濾波器支路分流，因此其濾波性能受系統(tǒng)阻抗的影響較大。 為了減小電網(wǎng)支路中的諧波，濾波器支路的阻抗須遠遠低于電網(wǎng)支路阻抗。 由于電網(wǎng)阻抗原本就不是很大，若要使濾波器支路阻抗在主要諧波頻率處遠小于電網(wǎng)諧波支路阻抗，需加裝多個無源濾波器，它們的調(diào)諧頻率設計在電網(wǎng)的主要諧波頻率處，且所有調(diào)諧濾波器必須擁有較高的品質(zhì)因數(shù)，否則，加裝無源濾波器就起不到明顯的諧波抑制作用。 然而，這樣設計的無源濾波器對電網(wǎng)頻率的變化是極其敏感的， 電網(wǎng)頻率稍微偏離額定頻率點，無源濾波器的濾波性能將大幅度下降。 此外，電網(wǎng)阻抗的變化、濾波器元件的生產(chǎn)容差、老化或其它原因引起的參數(shù)偏離理想設計值，也將導致無源濾波器濾波性能的下降。 為了使無源濾波器在這些情況下也具有一定的濾波效果，往往以犧牲在電網(wǎng)主要諧波頻率處的濾波效果為代價來適當?shù)亟档推焚|(zhì)因數(shù)。

并且， 安裝LC 無源濾波器很有可能在系統(tǒng)中形成串并聯(lián)諧振回路，導致電網(wǎng)諧波電流的傳播和放大，造成電網(wǎng)電壓波形的畸變。 為了避免在主要諧波頻率處發(fā)生串并聯(lián)諧振，無源濾波器的調(diào)諧頻率往往設計成稍偏離主要的諧波頻率，而這又將影響無源濾波器的濾波性能。

即使可以成功地解決以上問題，因電網(wǎng)電壓諧波和其它負載產(chǎn)生的諧波電流流人無源濾波器而造成的無源濾波器過載，也是比較棘手的問題。 因此，采用無源濾波器技術(shù)是很難將電網(wǎng)諧波限制在國際或國家標準以內(nèi)的。 此外，由于無源濾波器由大容量的電抗器和電容器組成， 整機體積龐大，造價高，雖然在某些大型煉鋼廠仍有使用，但必將被效率高、動態(tài)補償特性好的新型有源濾波器所取代。

3.1.2 有源濾波裝置

目前諧波抑制的趨勢是采用有源電力濾波器(APF-Active Power Filter)，它是一種電力電子裝置，能對頻率和大小都變化的諧波進行動態(tài)補償， 補償特性不受電網(wǎng)阻抗和頻率變化的影響，可獲得比無源濾波器更好的補償效果，是一種理想的諧波補償裝置。 而且，通過改變控制算法可以實現(xiàn)多種功能，如抑制諧波、補償無功、抑制閃變、補償相間不平衡等，因而引起了人們極大的關(guān)注。

隨著20 世紀60 年代以來新型電力半導體器件的出現(xiàn)，脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)的發(fā)展，以及基于瞬時無功功率理論的提出，針對無源濾波器的缺陷，在1969 年Bird 和Marsh 等人提出了向電網(wǎng)中注入三次諧波電流以減少電源系統(tǒng)中電流的諧波成分，這是(Active Power Filter) APF 思想的萌芽嘲。之后，1971 年，H.Sasaki 和T.Machida 首次完整地描述了有源電力濾波器的基本原理，但是由于當時是采用線性放大的方法產(chǎn)生補償電流，其損耗大，成本高，因而僅在實驗室研究，未能在工業(yè)中實用。 1976 年Gyugyi 等人提出了用大功率晶體管PWM 變換器構(gòu)成有源濾波器， 并正式提出了有源濾波的概念，提出了有源濾波囂的主電路的基本拓撲結(jié)構(gòu)和控制方法，從原理上闡明了有源電力濾波器是一種理想的諧波電流發(fā)生器，并討論了實現(xiàn)方法和控制原理，奠定了有源電力濾波器的基礎(chǔ)。 從原理上看，PWM 變流器是一種理想的補償電流發(fā)生電路， 但是由于當時電力電子的發(fā)展水平不高，全控型器件功率小，頻率低，因而有源濾波器僅限于實驗研究。在20 世紀80 年代由于大功率全控型功率器件的成熟，大功率晶體管(GTR)、大功率可關(guān)斷晶閘管(GTO)、靜電感應晶閘管(STH)、功率場效應管(MOSFET)及絕緣柵型雙極性晶體管(IGBT)等新型快速大容量功率開關(guān)器件相繼何世，脈寬調(diào)制(PWM)控制技術(shù)的發(fā)展，尤其是1983 年日本的H.Akagj 等人提出了 “三相電路瞬時無功理論113l (Iristntarieoris Reactive Power Theory)”又稱“p-q 理論”、“Akagi-Nabae 理論一，以該理論為基礎(chǔ)的諧波電流瞬時檢測方法的在三相電力濾波器中得到了成功的應用， 在高性能DSP 芯片也得到了應用，使有源電力濾波器APF 得以迅速發(fā)展。APF 通過向電網(wǎng)注入諧波及無功或改變電網(wǎng)的綜合阻抗頻率特性， 以改善波形，除了具有相應速度快， 具有很好的動態(tài)實時補償功能等優(yōu)點外，還具有可進行無功補償，抑制電壓閃變等多種功能。 因此APF 逐漸成為了一種具有很大潛在應用價值的諧波補償裝置，并開始得到迅速的發(fā)展。 但由于全控型功率器件的成本及性鈍，制約了APF 的實際應用，目前只有在日本得到比較廣泛的推廣。

APF -般分為并聯(lián)型、串聯(lián)型和混合型三種。 從補償?shù)慕嵌葋砜?，APF 可以分為無功補償、諧波補償、平衡三種系統(tǒng)電壓或電流以及多種補償。常規(guī)的并聯(lián)型APF 可以同時補償諧波電流和無功，屬于多重補償?；旌螦PF 只能補償諧波電流，屬于諧波補償。

隨著科學技術(shù)的發(fā)展， 非線性負荷用電設備的種類、數(shù)量和用電量迅速增加。 針對諧波的大量出現(xiàn)，目前國外已經(jīng)研制成功各種諧波測量分析儀，如德國產(chǎn)的NOWA-1 諧波分析儀、美國產(chǎn)F40/41 手持式諧波分析儀和英國產(chǎn)PA 系列高精度電力諧波分析儀等。

3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國在有源電力濾波器的應用研究方面，繼日本、美國、德國等之后，得到學術(shù)界和企業(yè)界的充分重視，并投入了大量的人力和物力，但和電子工業(yè)發(fā)達的國家相比有一定的差距。 我國從20 世紀80 年代開始大量采用硅整流設備，尤其是鐵路電氣化的迅速發(fā)展， 推動了硅整流技術(shù)的發(fā)展和應用。 電氣化鐵道具有牽引重量大、速度高、節(jié)約能源、對環(huán)境污染小等優(yōu)點，電力牽引己成為我國鐵路動力改造的主要方向。 目前，非線性負荷的大量增加，使我國不少電網(wǎng)的諧波成分以大大超過了有關(guān)標準， 并出現(xiàn)了一些危及電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行的問題。 于此同時，我國許多科研和生產(chǎn)單位，一些高等院校相繼開展了諧波研究工作，在多次學術(shù)會議上交流了這一方面的成果。

但是，我國在APF 方面的研究仍處于起步階段，到1989年才有這方面文章。研究APF 主要集中在并聯(lián)型、混合型，也開始研究串聯(lián)型。 研究最成熟的是并聯(lián)型，而且主要以理論眼界和實驗研究為主。 理論上涉及到了功率理論的定義、諧波電流的監(jiān)測方法、有源電力濾波器的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性研究等。1991 年北方交通大學王良博士研制出3KVA 的無功及諧波的動態(tài)補償裝置；同年，華北電力科學院和冶金自動化研究院聯(lián)合研制了用于380V 三相系統(tǒng)的33KVA 雙極面結(jié)型電壓型濾波器； 采用多重化技術(shù)201， 西安交通大學研制出120KVA 并聯(lián)型有源濾波器的實驗樣機。 此外，清華大學、華北電力大學、重慶大學等高等院校也對APF 展開了深入的理論研究。 我國雖在理論上取得一定的進展，由于多方面的條件的限制，我國的有源濾波技術(shù)還處于實驗階段，工業(yè)應用上只有少數(shù)幾臺樣機投入運行， 如華北電力實驗研究所、冶金部自動化研究院和北京供電公司聯(lián)合開發(fā)研究的有源高次諧波抑制裝置于1992 年在北京木材廠中心變電站投入工業(yè)運行，該裝置采用了三個單相全控橋逆變器（功率開關(guān)為GTR），用于低壓電網(wǎng)單個諧波源的諧波補償，且只能補償幾個特定次數(shù)的諧波（5、7、11、13 次），調(diào)制載波的頻率(3.3KHZ)不高；河南電力局與清華大學聯(lián)合開發(fā)的20MVA 靜止無功發(fā)生器（包含有源諧波器）在鄭州孟若變電站進行300KVA 中間工業(yè)樣機試運行，該樣機主電路由18 脈沖電壓型逆變器、直流儲能電容器、9 臺曲折繞組變壓器及系統(tǒng)的連接變壓器組成，脈沖逆變器分為3 相6 脈沖電壓型逆變器(功率開關(guān)為GTO)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復雜。

總的來講， 目前我國有源電力濾波技術(shù)的工業(yè)應用，仍處于試驗和攻堅階段。

4 諧波的產(chǎn)生

自從使用交流電起，電力系統(tǒng)中就已存在諧波了。 國際上公認的諧波定義為：“諧波是正弦波分量并且是一個周期電氣量的，其頻率為基波的整數(shù)倍”。 在電力系統(tǒng)中，我們通常所說的諧波，也是我們常稱的高次諧波，主要是指頻率是基波頻率整數(shù)倍的lF 弦波。

4.1 電輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波

輸配電系統(tǒng)中的諧波主要是電力變壓器，“生的，這是由于設計變壓器時考慮經(jīng)濟性，磁化曲線的非線性，變壓器鐵心的飽和， 加上其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。 它的大小與鐵心的飽和程度、磁路的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。 諧波電流越大，變壓器工作點偏離線性就越遠，鐵心的飽和程度就越高，其中3 次諧波電流可達額定電流的0.5%。輸配電系統(tǒng)和電源雖然產(chǎn)生諧波， 但這2 方面產(chǎn)生的諧波所占的比例是很小的。

4.2 電源質(zhì)量不高產(chǎn)生的諧波

由于鐵心也很難做到絕對均勻一致，和三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，加上發(fā)電機是產(chǎn)生電能的裝置，致使電源多少也會產(chǎn)生一些諧波。

4.3 用電設備產(chǎn)生的諧波

電網(wǎng)主要的諧波源就是用電設備產(chǎn)生的諧波，且這方面的諧波占比很大。

5 電力諧波造成的危害

電力諧波作為一種污染,對電網(wǎng)造成的危害十分嚴重。它能使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低,使電器設備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲,并使絕緣老化、使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障 或燒毀；它可引起電力系統(tǒng)局部諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備損壞； 它能引起繼電保護和自動裝置誤動作,使電能計量出現(xiàn)混亂。 另外,還對通訊設備和電子設備產(chǎn)生嚴重干擾等等。 電力諧波的危害主要表現(xiàn)有以下幾方面:

5.1 增加輸、供和用電設備的額外附加損耗產(chǎn)生的影響

5.1.1 電力諧波對輸電線路的影響

諧波電流使輸電線路的電能損耗增加。 當注入電網(wǎng)的諧波頻率位于在網(wǎng)絡諧振點附近的 諧振區(qū)內(nèi)時,對輸電線路和電力電纜線路會造成絕緣擊穿。

5.1.2 電力諧波對變壓器的影響

諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗、 渦流損 耗及絕緣的電場強度,諧波電流的存在增加了銅損。 對帶有非對稱性負荷的變壓器而言,則會大大增加勵磁電流的諧波分量。

5.1.3 電力諧波對電力電容器的影響

含有電力諧波的電壓加在電容器兩端時, 由于電容器對電力諧波阻抗很小,諧波電流疊加在電容器的基波上,使電容器電流變大、溫度升高、壽命縮短,引起電容器過負荷甚至爆炸, 同時諧波還可能與電容器一起在電網(wǎng)中造成電力諧波諧振,使故障加劇。

5.2 影響繼電保護和自動裝置的工作可靠性

對于電磁式繼電器來說, 電力諧波常會引起繼電保護及自動裝置誤動或拒動,使其動作失去選擇性,導致可靠性降低,容易造成系統(tǒng)事故,嚴重威脅電力系統(tǒng)的安全運行。

5.3 對通信系統(tǒng)工作產(chǎn)生干擾

電力線路上流過幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場耦合時,會在鄰近電力線的通信線路中產(chǎn)生干擾電壓,干擾通信系統(tǒng)的工作,影響通信線路通話的清晰度,甚至在極端的情況下,還會威脅著通信設備和人員的安全。

5.4 對用電設備的影響

電力諧波會使電視機、計算機的圖形畸變,畫面亮度發(fā)生波動變化,并使機內(nèi)的元件溫度出現(xiàn)過熱;使計算機及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤,甚至損害機器。另外電力諧波還會對測量和計量儀器的指示及整流裝置等產(chǎn)生不良影響。

6 諧波檢測的幾種方法比較

6.1 模擬濾波器檢測法

優(yōu)點是原理和實現(xiàn)電路簡單、造價低、輸出阻抗低、品質(zhì)因素易于控制。 但存在諸多缺點：實現(xiàn)電路的濾波中心頻率對元件參數(shù)十分敏感、受外界環(huán)境影響較大、難以獲得理想幅頻和相頻特性；電網(wǎng)頻率波動不僅影響檢測精度，而且檢測出的諧波中含有較多的基波分量： 當需要檢測多次諧波分量時，實現(xiàn)電路變得復雜，其電路參數(shù)設計難度隨之增加；運行損耗大。 由于上述嚴重缺陷，隨著電力系統(tǒng)諧波檢測要求的提高及新的諧波檢測方法日益成熟， 該方法已極少采用。

6.2 基于Fryze 傳統(tǒng)功率定義的諧波檢測法

原理是將負荷電流分解為與電壓波形一致的分量（“有功電流”），其余分量作為廣義無功電流（包括諧波電流）。 因為Fryze 功率定義是建立在平均功率基礎(chǔ)上， 所以要求瞬時有功電流需要一個周期的積分，需要一個周期才能得出檢測結(jié)果，再加上其它運算電路，需要有幾個周期的延遲。 因此，用這種方法求得的“瞬時有功電流”實際上是幾個周期前電流，實時性不好。

6.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(Neural Network，NN)諧波檢測法

目前，此檢測法的相關(guān)研究文獻迅速增加，并取得了～些工程應用或成果，概括起來有兩個方面：

一是， 提出了基于多層前饋網(wǎng)絡NN 的電力系統(tǒng)諧波檢測方法， 該方法利用多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡來進行諧波檢測；二是， 將Adaline 神經(jīng)網(wǎng)絡和自適應對消噪聲技術(shù)相結(jié)合進行諧波檢測。 諧波NN 檢測方法優(yōu)點：

（1）計算量小

（2）檢測精度高

（3）對數(shù)據(jù)流長度的敏感性低于FT 和WT

（4）實時性好，可以同時檢測任意整數(shù)次諧波

（5）抗干擾性好

在諧波檢測中可以應用一些隨機模型的信號處理方法，對信號源中的非有效成份（如直流衰減分量）當作噪聲處理，克服噪聲等非有效成份的影響。 但是，NN 用于工程實際還有很多問題：沒有規(guī)范的NN 構(gòu)造方法，需要大量的訓練樣本，如何確定需要的樣本數(shù)沒有規(guī)范方法，NN 的精度對樣本有很大依賴性等。 另外，NN 和WT-樣，都屬于目前正在研究的新方法，研究和應用時間短，實現(xiàn)技術(shù)上需完善，因此，目前在工程應用中未優(yōu)先選用。

6.4 基于傅里葉變換的諧波檢測法方法

這種檢測方法檢測精度高、實現(xiàn)簡單、功能多且使用方便，在諧波檢測方面得到廣泛應用。 傅里葉分析具有如下局限性：

（1）FFT 需要一定時間的采樣值計算量大， 計算時間長，使得檢測時間較長，檢測結(jié)果實時性差。

（2）沒有反映出隨時間變化的頻率，當人們需要在任何希望的頻率范圍上產(chǎn)生頻譜信息時，F(xiàn)FT 不一定適用。

（3）由于一個信號的頻率與其周期長度成正比，對于高頻譜的信息時間間隔要相對地小以給出比較好的精度，而對于低頻譜的信息， 時間間隔要相對地寬以給出完全的信息，亦即需要一個靈活可變的時間一頻率窗，使在高“中心頻率”時自動變窄，而在低“中心頻率”時自動變寬，F(xiàn)FI 自身并沒有這個特性，目前諧波FFT 檢測都是基于這樣的假設：波形是穩(wěn)態(tài)和周期的，采樣的周波數(shù)是整數(shù)的，針對FFT 這一局限，1946 年Gabor 提出的短時傅里葉變換。 又稱加窗FI 或Gabor變換，對彌補FT 不足起了一定作用，但并沒有徹底解決這個問題。

（4）從摸擬信號中提取全部頻譜信息需要取無限的時間量， 使用過去的和將來的信號信息只能計算醫(yī)域頻率的頻譜。

（5）為了減小誤差，通常采用以下算法解決：加窗算法、插值算法、雙峰譜線修正算法。

6.5 小波變換檢測法

是時間和頻率的局域變換，因而能有效地從信號中提取有用的信息，通過伸縮和平移等運算功能對函數(shù)或信號進行多尺度細化分析(Multiscale Analysis)，解決了傅立葉變換不能解決的許多困難問題，因而贏得了“數(shù)字顯微鏡”的美譽。 小波變換適用于穩(wěn)態(tài)信號的研究， 也適用于時變信號的研究。對波動諧波，快速變化諧波檢測有很大優(yōu)越性。 是目前波動諧波和快速變化諧波的主要檢測方法。 小波變換克服了FT在頻域完全局部化而在時域完全無局部化的缺點。 但是WT穩(wěn)態(tài)諧波檢測方面并不具備理論優(yōu)勢；另一方面WT 的理論和應用時間相對較短，WT 應用在諧波測量方面尚處于初始階段，存在許多不完善的地方，如缺乏系統(tǒng)規(guī)范的最小波基的選取方法，缺乏構(gòu)造頻域行為良好，即分頻嚴格，能量集中的小波函數(shù)以改善檢測精度的規(guī)范方法。

7 電力諧波的抑制措施

7.1 嚴格貫徹執(zhí)行有關(guān)電力諧波的國家標準,有效杜絕諧波源入網(wǎng)

《中華人民共和國電力法》指出:“用戶用電不得危害供電、用電安全和擾亂供電、 用電秩序”,《供電營業(yè)規(guī)則》 中規(guī)定:“用戶的非線性阻抗特性的用電設備接入電網(wǎng)運行所注入電網(wǎng)的諧波電流和引起公共連接點至正弦波畸變超過標準時,用戶必須采取措施予以消除。 ”

（1）對于電力用戶來說,要求所購置的用電設備必須符合GBl7625.1《低壓電氣及電子設備發(fā)出的諧波電流限值(設備每相輸入電流≤16A)》標準,方可允許接入到配電系統(tǒng)中。

（2）根據(jù)國家技術(shù)監(jiān)督局1993 年頒發(fā)的GB/T14549《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》,規(guī)定注入公共連接點的諧波電流允許值的用戶,必須安裝電力諧波濾波器,以限制注入公用電網(wǎng)的諧波。

（3）嚴格業(yè)擴報裝審批手續(xù),對新上用戶設備的負荷特性嚴格審查,對大容量的諧波源,其相關(guān)的諧波抑制設備不配套,諧波注入量不達標,不予驗收送電。

（4）對于新建、再建、擴建工程的用戶,監(jiān)督其選用不產(chǎn)生諧波的電氣設備。

7.2 貫徹“誰污染,誰治理”的原則,實施綠色電網(wǎng)工程

治理諧波污染的核心內(nèi)容是有效控制污染源, 堵住客戶向電網(wǎng)注入超標的諧波電流。 供電公司應該制定相應的考核措施,堅定不移地貫徹“誰污染,誰治理”的原則,實施綠色電網(wǎng)工程,牢牢掌握治理諧波污染的主動權(quán)。

7.3 加強對與大用戶諧波污染的監(jiān)測和管理

由于電弧爐冶煉技術(shù)經(jīng)濟的優(yōu)越性, 電弧爐的市場用量日益增多,已成為電網(wǎng)中的主要諧波源。對于容量在100kVA及以上整流裝置和非線性設備的用戶, 必須增設分流濾波裝置,就近吸收電力諧波。強制性要求裝設諧波檢測設備和諧波計量儀表, 定期對諧波污染嚴重用戶的諧波污染狀況進行定量檢查,為實施諧波計量和收費提供準確的依據(jù)。對于超過國家標準的設備擁有者,必須給予適當?shù)慕?jīng)濟處罰。

7.4 大力普及諧波管理知識,宣傳諧波對電網(wǎng)的危害

使供電企業(yè)職工與電力用戶都能夠充分認識到, 諧波治理不僅是供電企業(yè)的責任, 而且也是供電企業(yè)和電力用戶的共同責任,減少電網(wǎng)諧波污染,提高電能質(zhì)量,對雙方都有裨益。

7.5 充分認識諧波對電網(wǎng)的危害

在供電企業(yè)內(nèi)部把諧波管理指標與經(jīng)濟責任制考核掛鉤, 建立健全諧波管理體系,組織專業(yè)管理隊伍,對諧波進行專業(yè)管理,開展諧波專業(yè)分析與治理。

7.6 對高壓直流(HVDC) 諧波的抑制

高壓直流(HVDC)輸電方式在遠距離、大容量方面獨具優(yōu)勢,然而環(huán)流變壓器卻是一個大功率、非線性電子元器件,在電力系統(tǒng)內(nèi)會產(chǎn)生大量非特征和特征諧波, 不但會使周圍通訊系統(tǒng)受到干擾,而且會使輸電系統(tǒng)電氣設備因發(fā)熱而損壞,嚴重時在電力系統(tǒng)可能產(chǎn)生并聯(lián)或串聯(lián)諧振。 通常采用的抑制諧波的方法有兩種：一種，是增加換流器的相數(shù)或脈沖數(shù),另一種，是裝設交流濾波器和直流濾波器。

7.7 三相整流變壓器采用正確接線方式

對于三相整流變壓器,盡量采用Y/△或△/Y 的接線形式這樣可以消除3 的整數(shù)倍次的電力諧波,從而使注入電網(wǎng)的諧波電流只有5、7、11……等次諧波。

7.8 增設限流裝置或串聯(lián)電抗器

電力電容器具備一定的抗諧波能力但是當諧波含量過大時又會對電容器的壽命產(chǎn)生不良影響, 加之由于電容器對諧波具有放大作用,因而會使系統(tǒng)的諧波干擾更加嚴重。 所以對于大容量的電力設備(特別是大容量的電容器組)而言,在其回路內(nèi)可考慮增設限流裝置或串聯(lián)電抗器,添加濾波裝置。

7.9 注重選擇非線性負荷接入電網(wǎng)的接入點

由于高壓電網(wǎng)的短路容量大,承受諧波侵擾的能力強,可以考慮將諧波產(chǎn)生容量大的諧波源接入到高一級電網(wǎng)的母線上,并且在變電站 母線上加裝電感、電容式濾波器。

7.10 推廣使用有源電力濾波器(Active PowerFilter——APF)

有源電力濾波器(APF),也稱為靜止無功發(fā)生器(SVG),是一種能對電力系統(tǒng)中幅值和頻 率都變化的諧波和無功分量進行實施動態(tài)補償?shù)男滦碗娮与娐费b置, 主電路一般由脈沖寬度調(diào)制(Pulse WidthModulation——PWM)逆變器構(gòu)成。 其基本原理是先從補償對象中檢測出諧波電流, 再利用補償裝置向電網(wǎng)注入與該諧波源諧波分量(電流或電壓)大小相等而極性相反的補償分量(電流或電壓),使電源的總諧波為零,電網(wǎng)電流只含基波分量,從而達到實時補償 諧波的目的。 這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償, 且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。 對于大型電弧爐及晶閘管控制的軋鋼機等非線性設備,由于其負荷具有沖擊性和隨機性,因此宜裝設能吸收動態(tài)諧波電流的靜止無功補償裝置, 以提高供電系統(tǒng)承受諧波 的能力。 實踐證明,有源電力濾波器是抑制諧波和補償無功的理想和靈活的可行方案。

8 結(jié)語

（1）可以預測到,隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,今后的用電需求量,屬于產(chǎn)生電力諧波污染的負荷(諧波源)將占絕大部分。 現(xiàn)代化工、冶金、煉鋼、機械加工;現(xiàn)代交通運輸;現(xiàn)代信息傳 媒等的發(fā)展幾乎都是諧波源。 毫無疑問,這一發(fā)展趨勢將會隨著新技術(shù)的開發(fā)和運用愈來愈嚴重。 相應的,諧波作為反映電能質(zhì)量的一個重要標志,將會日益受到廣泛關(guān)注。

（2）必須進一步提高對于電力諧波危害性的認識程度,努力掌握電力諧波的產(chǎn)生機理,積極開發(fā)和運用新產(chǎn)品新技術(shù),采取切實可行的應對策略, 最大限度地抑制諧波對電力系統(tǒng)所 造成的危害,以便確保電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行。

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